KR101173518B1

KR101173518B1 - 무냉매 냉방장치

Info

Publication number: KR101173518B1
Application number: KR1020100056705A
Authority: KR
Inventors: 안봉진
Original assignee: (주)엔바텍; 허정욱; 주식회사 한국바이오테크
Priority date: 2010-06-15
Filing date: 2010-06-15
Publication date: 2012-08-14
Also published as: KR20110136593A

Abstract

본 발명은 냉매를 사용하지 않으므로 친환경적이며, 시스템 구성이 매우 간단하고 냉매의 미사용으로 관리비용을 절감할 수 있으며 아울러 효율적인 장비의 유지보수가 가능한 무냉매 냉방장치에 관한 것으로, 외부공기를 흡입하여 송풍하는 송풍기 ; 중공부를 구비하며 내주면과 외주면을 연통시키는 다수의 공기분사통로가 형성되는 인테이크, 상기 인테이크가 내측에 고정되며 상기 인테이크의 다수의 공기분사통로 외측과 연통되는 흡기분배공간이 형성되는 케이싱, 상기 인테이크의 중공부에 회전가능하게 마련되어 상기 공기분사통로를 통하여 분사되는 공기에 의하여 회전되며 상기 분사된 공기를 냉각시켜 축방향으로 배출하는 터빈날개를 포함하여 이루어지는 냉각터빈 ; 상기 송풍기와 상기 흡기분배공간을 연통시키는 송풍관 ; 상기 냉각터빈에 의하여 냉각된 공기를 배출하기 위한 냉각공기 배출관 ; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

무냉매 냉방장치{AIR COOLING DEVICE WITHOUT REFRIGERANT}

본 발명은 실내에 있는 인간 또는 물품, 기계장치 등을 위하여 차가운 공기를 공급할 수 있는 냉방장치에 관한 것으로, 특히 냉매가 불필요한 냉방장치에 관한 것이다.

일반적으로 실내에 차가운 공기를 공급하기 위하여 증기 압축식 냉동기를 이용하고 있다.

증기 압축식 냉동기는 압축기(Compressor), 응축기(Condenser), 증발기(Evaporator) 등으로 구성되며, 염화불화탄소(CFC) 계통의 냉매를 사용하고 있다.

그러나 염화불화탄소 계통의 냉매가 지구의 오존층을 파괴한다는 사실이 밝혀지면서 염화불화탄소 계통의 냉매를 대신할 수 있는 대체 냉매를 개발하려는 노력이 진행되고 있다.

그러나 이와 같이 냉매를 이용한 냉방 장치의 경우 냉매가 누설될 위험이 있으며, 시간의 경과에 따른 냉매의 자연 누설로 냉매 보충의 필요성이 있으며, 압축기와 응축기를 필요로 하므로 부피가 대형화된다는 점에서 문제가 되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안되는 것으로서, 냉매없이도 충분히 냉각된 공기를 공급할 수 있는 무냉매 냉방장치를 제공하고자 한다.

상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 외부공기를 흡입하여 송풍하는 송풍기 ; 중공부를 구비하며 내주면과 외주면을 연통시키는 다수의 공기분사통로가 형성되는 인테이크, 상기 인테이크가 내측에 고정되며 상기 인테이크의 다수의 공기분사통로 외측과 연통되는 흡기분배공간이 형성되는 케이싱, 상기 인테이크의 중공부에 회전가능하게 마련되어 상기 공기분사통로를 통하여 분사되는 공기에 의하여 회전되며 상기 분사된 공기를 냉각시켜 축방향으로 배출하는 터빈날개를 포함하여 이루어지는 냉각터빈 ; 상기 송풍기와 상기 흡기분배공간을 연통시키는 송풍관 ; 상기 냉각터빈에 의하여 냉각된 공기를 배출하기 위한 냉각공기 배출관 ; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기에 있어서, 상기 송풍관에 상기 송풍기로 흡입되는 외부공기와 열교환하기 위한 제1열교환기가 마련되는 것이 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 송풍관에 상기 냉각공기 배출관으로 배출되는 냉각 공기와 열교환하기 위한 제2열교환기가 마련되는 것이 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 송풍기는 전기, 폐열, 폐스팀 중 어느 하나에 의하여 구동될 수 있다.

상기에 있어서, 일단이 상기 송풍관에 연통되며 타단이 상기 냉각공기 배출관의 입구단측에 연통되는 제1고온공기 공급라인이 마련되며, 상기 제1고온공기 공급라인에 동결방지 밸브가 마련되는 것이 바람직하다.

상기에 있어서, 일단이 상기 송풍관에 연통되며 타단이 상기 냉각공기 배출관의 출구단측에 연통되는 제2고온공기 공급라인이 마련되며, 상기 제2고온공기 공급라인에 온도조절용 밸브가 마련되는 것이 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 터빈날개에 상기 터빈날개와 동축으로 보조날개가 고정 마련되며, 상기 보조날개는 상기 송풍관에서 분기되는 제3고온공기 공급라인으로 송풍되는 공기에 의하여 회전되도록 마련되는 것일 수 있다.

상기와 같이 본 발명은 송풍기와 냉각터빈에 의하여 냉각된 공기를 제공함으로써 냉매가 불필요한 냉방장치를 제공하게 된다.

도 1은 본 발명에 의한 일 실시예인 무냉매 난방장치의 개념도,
도 2는 도 1의 냉각터빈의 사시도,
도 3은 도 2의 주요부 조립 단면도,
도 4는 도 3이 분리된 상태의 도면,
도 5는 도 3의 인테이크의 정면도,
도 6은 도 5의 사시도,
도 7은 도 5의 A-A 기준으로 바라본 단면 사시도,
도 8은 도 3의 터빈본체의 사시도,
도 9는 도 3의 보조날개를 하부에서 바라본 사시도.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명에 의한 일 실시예인 무냉매 난방장치의 개념도이며, 도 2는 도 1의 냉각터빈의 사시도이며, 도 3은 도 2의 주요부 조립 단면도이며, 도 4는 도 3이 분리된 상태의 도면이며, 도 5는 도 3의 인테이크의 정면도이며, 도 6은 도 5의 사시도이며, 도 7은 도 5의 A-A 기준 단면도이며, 도 8은 도 3의 터빈본체(보조날개 제외)의 사시도이며, 도 9은 도 3의 보조날개의 사시도이다.

본 실시예는 크게 각종 장치들이 내장되는 함체(100)와, 송풍기(200)와, 냉각터빈(300) 등으로 이루어진다.

함체(100)는 박스 형태로서 그 내부에 각종 장치들이 내장되며, 아울러 그 외부에는 파워 온오프용 스위치, 온도조절기 등 각종 제어스위치들이 마련된 작동판넬이 마련될 수 있다.

송풍기(200)는 함체(100) 내부에 마련되되, 외부 공기를 흡입하여 강제 송풍하기 위한 것이다. 송풍기(200)는 고속 회전에 의하여 강제 송풍함으로써 강제 송풍된 공기는 그 온도가 상승하게 된다.

본 실시예에서 송풍기(200)는 전기에 의하여 구동되는 것으로 설명하고 있지만, 송풍기(200)가 폐열, 폐스팀 등에 의하여 구동되도록 설계한다면 더욱더 에너지를 절약할 수 있다.

송풍기(200)에서 강제 송풍된 외부 공기는 송풍관(410)을 거쳐 냉각터빈(300)으로 송풍된다.

냉각터빈(300)은 케이싱(310), 인테이크(320), 터빈본체(330) 등으로 이루어진다.

본 실시예에서 냉각터빈(300)의 케이싱(310)은 제1부품(310a), 제2부품(310b), 제3부품(310c), 제4부품(310d)이 조립되는 형태이지만, 이는 하나의 실시예일 뿐이다.

제1부품(310a)은 제2부품(310b)에 조립된다.

냉각터빈(300)의 케이싱(310), 구체적으로는 제2부품(310b)에 송풍관(410)이 연결되는 제1연결구(311)가 형성되어 있으며, 제4부품(310d)에 후술하는 제3고온공기 공급라인(440)이 연결되는 제2연결구(312)가 형성되어 있다.

제1연결구(311)로 유입된 공기는 케이싱(310) 내부의 흡기분배공간(311a)로 유입되며, 제2연결구(312)로 유입된 공기는 케이싱(310) 내부의 보조날개용 공기분배공간(312a)로 유입된다.

냉각터빈(300)의 내부, 구체적으로는 제2부품(310b)의 내부에 고정 마련되는 인테이크(320)는, 그 중앙이 빈 공간으로 형성된 중공부(321)가 형성되며, 아울러 내주면과 외주면을 서로 연통시키는 다수의 공기분사통로(322)가 형성되어 있다.

아울러 각각의 공기분사통로(322)는 방사상 방향에 대하여 일측으로 경사지게 형성되어 터빈날개(333)의 회전을 유도하게 된다.

또한 인테이크(320)의 상부는 터빈날개(333)를 지나는 공기를 축방향으로 안내하게 되는 터빈용 안내통로(323)를 이루게 된다.

상기와 같은 인테이크(320)의 공기분사통로(322)의 외측에 공기가 배분되도록 케이싱(310)에는 인테이크(320)의 공기분사통로(322)를 감싸는 형태로 흡기분배공간(311a)이 형성된다.

즉, 송풍기(200)에서 강제 송풍된 외부공기는 송풍관(410)을 거쳐 케이싱(310)의 제1연결구(311)를 통해 유입되어 흡기분배공간(311a)에 배분된 후 공기분사통로(322)를 따라 인테이크(320)의 중공부(321)로 분사된다.

아울러 인테이크(320)의 중공부(321)에는 터빈본체(330)가 회전가능하게 마련된다.

터빈본체(330)는 축지지대(331)와, 터빈회전축(332)과, 터빈날개(333)와, 보조날개(334)로 이루어진다.

축지지대(331)는 케이싱(310) 내부에 고정되는 부위이며, 터빈회전축(332)은 축지지대(331)에 회전가능하게 마련된다.

터빈회전축(332)의 일단에는 인테이크(320)의 공기분사통로(322)에서 분사되는 외부공기에 의하여 회전되며 분사된 공기를 냉각시켜 축방향으로 배출하는 터빈날개(333)가 마련되며, 터빈회전축(332)의 타단에는 송풍기(200)에 의하여 송풍되는 공기에 의하여 회전되는 보조날개(334)가 마련된다.

터빈날개(333)는 공기의 단열팽창에 따른 냉각 원리를 이용하여 인테이크(320)의 공기분사통로(322)에서 분사된 공기에 의하여 회전되면서 공기를 냉각시킨 후 배출하게 된다.

즉 터빈날개(333)를 지나면서 냉각된 공기는 제1부품(310a)을 통하여 외부로 배출되며, 제1부품(310a)에는 냉각공기 배출관(600)이 연결된다.

한편, 본 실시예에서 송풍기(200)는 외부공기를 흡입하기 위하여 함체(100) 내부에 마련된다. 즉 송풍기(200)는 함체(100) 내부의 공기를 흡입하여 송풍하게 된다. 따라서 함체(100) 내부로 공기가 흡입되기 위한 관로 내지 구멍이 필요하다.

이를 위하여 흡입관(500)이 마련되며, 흡입관(500)의 일단은 외부와 연통되며, 흡입관(500)의 타단은 케이싱(310) 내부와 연통되어 있다.

즉, 흡입관(500)을 통하여 흡입되는 외부 공기는 함체(100) 내부로 유입된 후 송풍기(200)에 의하여 흡입된다.

한편, 흡입관(500)과 송풍관(410)은 제1열교환기(411)를 매개로 서로 열교환하게 된다. 이는 송풍기(200)에 의하여 송풍된 공기는 비교적 고온이며, 이와 같은 고온의 공기가 제1열교환기(411)를 거치면서 외부 공기와 열교환하여 냉각되도록 하기 위한 것이다.

송풍관(410)을 지나는 고온의 공기는 제1열교환기(411)를 거친 후 제2열교환기(412)를 거치게 된다.

제2열교환기(412)는 송풍관(410)을 지나는 고온의 공기와 냉각공기 배출관(600)을 지나는 저온의 공기가 서로 열교환하여, 송풍관(410)을 지나는 고온의 공기가 이슬점 이하로 냉각되어 제습되도록 하기 위한 것이다.

따라서 제2열교환기(412)를 거치면서 송풍관(410) 내부에서 생성된 수분은 송풍관(410)에 마련된 물 축출기(413)에서 제거된다.

이와 같이 제1열교환기(411) 및 제2열교환기(412)를 거치면서 냉각 및 제습된 공기는 냉각터빈(300)에서 실질적으로 냉각되게 된다.

한편, 냉각터빈(300) 생성된 냉각 공기의 온도가 지나치게 낮아지면 제2열교환기(412)의 전열핀에 동결 현상이 발생할 수 있으므로, 냉각터빈(300)과 제2열교환기(412) 사이의 냉각공기 배출관(600)에 제1온도감지기(601)를 마련하고, 송풍기(200)와 제1열교환기(411) 사이의 송풍관(410)을 지나는 고온의 공기가 필요에 따라 터빈본체(330)와 제2열교환기(412) 사이의 냉각공기 배출관(600)에 공급될 수 있도록 제1고온공기 공급라인(420)을 마련한다.

제1고온공기 공급라인(420)에는 제1온도감지기(601)에 의하여 감지되는 온도에 따라 개폐되는 동결방지밸브(421)가 마련되어 고온의 공기가 필요에 따라 공급될 수 있도록 한다.

아울러 냉각공기 배출관(600)의 출구측에는 제2온도감지기(602)가 마련되며, 송풍기(200)와 제1열교환기(411) 사이의 송풍관(410)을 지나는 고온의 공기가 필요에 따라 냉각공기 배출관(600)의 출구측에 공급될 수 있도록 제2고온공기 공급라인(430)을 마련한다.

제2고온공기 공급라인(430)에는 제2온도감지기(602)에 의하여 감지되는 온도와 사용자가 원하는 희망 온도에 따라 개폐되는 온도조절용 밸브(431)가 마련된다.

즉 사용자가 원하는 희망 온도에 따라 냉각터빈(300)에서 생성된 냉각 공기와 송풍기(200)에서 생성된 고온의 공기를 적절히 혼합하여 사용자가 원하는 희망 온도에 맞는 냉각 공기가 배출되게 된다.

또한 송풍관(410)에서 분기되는 제3고온공기 공급라인(440)은 제2연결구(312)와 연통되며, 따라서 송풍기(200)에 의하여 송풍된 공기는 제3고온공기 공급라인(440)을 거쳐 제2연결구(312)를 통하여 보조날개용 공기분배공간(312a)로 유입된 후 보조날개(334)를 회전시킨 후 함체(100) 내부로 유입되며, 함체(100) 내부의 공기는 다시 송풍기(200)에 의하여 흡입되게 된다.

이와 같은 제3고온공기 공급라인(440)에는 이를 통과하는 공기의 양을 조절하기 위하여 조절밸브(441)가 마련되는 것이 바람직하다.

상기와 같은 무냉매 냉방장치는 냉매를 사용하지 않으므로 친환경적이며, 시스템 구성이 매우 간단하고 냉매의 미사용으로 관리비용을 절감할 수 있으며 아울러 효율적인 장비의 유지보수가 가능하다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것일 뿐 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 함체 200 : 송풍기
300 : 냉각터빈 310 : 케이싱
320 : 인테이크 330 : 터빈본체
331 : 축지지대 332 : 터빈회전축
333 : 터빈날개 334 : 보조날개
410 : 송풍관 411 : 제1열교환기
412 : 제2열교환기 420 : 제1고온공기 공급라인
430 : 제2고온공기 공급라인 440 : 제3고온공기 공급라인
500 : 흡입관
600 : 냉각공기 배출관

Claims

외부공기를 흡입하여 송풍하는 송풍기 ;
중공부를 구비하며 내주면과 외주면을 연통시키는 다수의 공기분사통로가 형성되는 인테이크, 상기 인테이크가 내측에 고정되며 상기 인테이크의 다수의 공기분사통로 외측과 연통되는 흡기분배공간이 형성되는 케이싱, 상기 인테이크의 중공부에 회전가능하게 마련되어 상기 공기분사통로를 통하여 분사되는 공기에 의하여 회전되며 상기 분사된 공기를 냉각시켜 축방향으로 배출하는 터빈날개를 포함하여 이루어지는 냉각터빈 ;
상기 송풍기와 상기 흡기분배공간을 연통시키는 송풍관 ;
상기 냉각터빈에 의하여 냉각된 공기를 배출하기 위한 냉각공기 배출관 ;
상기 송풍관에 상기 송풍기로 흡입되는 외부공기와 열교환하기 위하여 마련되는 제1열교환기 ;
상기 송풍관에 상기 냉각공기 배출관으로 배출되는 냉각 공기와 열교환하기 위하여 마련되는 제2열교환기 ;
일단이 상기 송풍관에 연통되며 타단이 상기 냉각공기 배출관의 출구단측에 연통되도록 마련되는 제2고온공기 공급라인 ;
상기 제2고온공기 공급라인에 마련되는 온도조절용 밸브 ;
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무냉매 냉방장치.
삭제
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 송풍기는 전기, 폐열, 폐스팀 중 어느 하나에 의하여 구동되는 것을 특징으로 하는 무냉매 냉방장치.
제 1 항에 있어서,
일단이 상기 송풍관에 연통되며 타단이 상기 냉각공기 배출관의 입구단측에 연통되는 제1고온공기 공급라인이 마련되며, 상기 제1고온공기 공급라인에 동결방지 밸브가 마련되는 것을 특징으로 하는 무냉매 냉방장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 터빈날개에 상기 터빈날개와 동축으로 보조날개가 고정 마련되며, 상기 보조날개는 상기 송풍관에서 분기되는 제3고온공기 공급라인으로 송풍되는 공기에 의하여 회전되도록 마련되는 것을 특징으로 하는 무냉매 냉방장치.